(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレキャストＲＣ柱の製造方法であって、型枠内に、張力が付与された第１主筋と、無応力状態の第２主筋とを混在配置させた状態で、上記型枠内にコンクリートを打設した後、上記コンクリートの材齢初期段階で上記第１主筋を解放することにより、上記コンクリートにプレストレスを導入してなり、
かつ上記第１主筋に付与する上記張力を、上記コンクリートのクリープ安定時期にほぼ無応力状態または引張応力状態となるように調整することを特徴とするプレキャストＲＣ柱の製造方法。
【請求項２】
張力が付与された第１主筋と、無応力状態の第２主筋とが混在配置されたプレキャストＲＣ柱が相互に接合されてなるＲＣ柱であって、一方のプレキャストＲＣ柱の第１主筋が他方のプレキャストＲＣ柱の第２主筋と同軸上に配置されて両主筋が互いに接合されていることを特徴とするＲＣ柱。
【請求項３】
両プレキャストＲＣ柱が階中間部で接合されていることを特徴とする請求項２に記載の
ＲＣ柱。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度コンクリートを用いたプレキャストＲＣ（鉄筋コンクリート）柱の製造方法および上記プレキャストＲＣ柱を相互に接合してなるＲＣ柱に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高層ＲＣ建物の低層階柱には、建物重量などによる大きな軸力が作用するため、一般に高強度コンクリートが用いられる（例えば特許文献１参照）。
図４は、地震時の柱における曲げモーメントと部材回転角との関係を模式的に示したもので、図中の×印は、部材端圧縮縁かぶりコンクリートが圧壊する時期を示している。この図から分かるように、使用するコンクリートが高強度になるほど、部材耐力および初期の剛性が高くなるとともに、上記かぶりコンクリートが圧壊する変形は小さくなる。
一般に、構造設計では、想定する地震に対して、柱に圧壊（設計終局限界）を生じさせない計画となっている。また、コンクリートの高強度化に伴い、柱に使用する鉄筋強度も大きくなる。これは、柱に生じる曲げモーメントが設計終局限界に達する以前に、圧縮側の主筋が降伏すると、上述した圧壊を誘発させる可能性があり、また中小地震で主筋が圧縮降伏すると、それ以降の長期的な柱の縮み（クリープ等による縮み）を増大させる懸念があるからである。このため、Ｆｃ１００（設計基準強度が１００Ｎ／ｍｍ2）以上のコンクリートを使用した柱では、主筋として高強度鉄筋ＵＳＤ６８５が用いられることが多い。
【０００３】
図５は、Ｆｃ１００超のコンクリートを用いた柱の主筋（ＵＳＤ６８５）について、地震時の応力履歴を模式的に示したものである。この図に見られるように、高強度鉄筋を主筋に用いているため、設計想定荷重の範囲では、主筋は圧縮降伏することなく弾性範囲内にある。一方、鉄筋の引張側に関しては、かなりの余力があり、鉄筋を圧縮・引張共、有効に使っていないことが分かる。
【０００４】
コンクリートの高強度化は、部材断面の縮小化などのメリットがあるが、コンクリートが高強度になるほど初期強度発現時の自己収縮が大きくなる。そのため、ＲＣ部材では、収縮低減対策を施さないと、主筋などの鉄筋による変形拘束により、柱製造時にひび割れ（材軸に直交するひび割れ）を生じることもある。収縮低減対策は幾つかあるが、過剰な収縮低減対策を施すと、コンクリートの強度発現を抑制して、コンクリートの超高強度化を阻害する要因にもなり得る。
【特許文献１】特開２００６−２０７２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、高強度鉄筋を敢えて使用しなくても、設計想定荷重に対して柱主筋を降伏させることなく、圧縮・引張共有効に抵抗させることができ、しかもコンクリートの自己収縮による有害なひび割れ等の発生を効果的に防止することができるプレキャストＲＣ柱の製造方法およびＲＣ柱を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、プレキャストＲＣ柱の製造方法であって、型枠内に、張力が付与された第１主筋と、無応力状態の第２主筋とを混在配置させた状態で、上記型枠内にコンクリートを打設した後、上記コンクリートの材齢初期段階で上記第１主筋を解放することにより、上記コンクリートにプレストレスを導入してなり、かつ上記第１主筋に付与する上記張力を、上記コンクリートのクリープ安定時期にほぼ無応力状態または引張応力状態となるように調整することを特徴とするものである。
ここで、上記コンクリートの材齢初期段階とは、材齢１日〜３日程度をいう。ただし、コンクリート強度が高い場合や、大きい緊張力を導入したい場合、またはクリープが懸念される場合には、養生期間を確保する意味で、１週間程度導入を遅らせることもある。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、張力が付与された第１主筋と、無応力状態の第２主筋とが混在配置されたプレキャストＲＣ柱が相互に接合されてなるＲＣ柱であって、一方のプレキャストＲＣ柱の第１主筋が他方のプレキャストＲＣ柱の第２主筋と同軸上に配置されて両主筋が互いに接合されていることを特徴とするものである。ここで、上記プレキャストＲＣ柱には、請求項１に記載の製造方法により製造されたプレキャストＲＣ柱が含まれる他、脱型後に第１主筋に張力を付与する、いわゆるポストテンション方式により製造されたプレキャストＲＣ柱も含まれる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のＲＣ柱において、両プレキャストＲＣ柱が階中間部で接合されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１主筋に予め張力を付与するようにしたので、建物竣工時またはその後のクリープ安定時期における第１主筋の応力状態を無応力状態に近付けることができる。したがって、高価なＵＳＤ６８５などの高強度鉄筋を使用しなくても、設計想定荷重に対して第１主筋を降伏させることなく、圧縮・引張共有効に抵抗させることができる。
また、コンクリート打設時に第２主筋を無応力状態としたので、建物竣工時またはその後のクリープ安定時期には第２主筋が圧縮応力状態となり、その結果、地震時には第２主筋が早期に降伏することとなる。このため、地震時には第２主筋が弾塑性変形して履歴減衰効果を発揮することによって、その履歴ループ内の面積に相当する地震エネルギーが減衰されることとなる。
【００１２】
また、コンクリートの材齢初期段階でプレストレスを導入するようにしたので、使用するコンクリートが、初期強度発現時における自己収縮の大きい超高強度のコンクリートであっても、主筋などの拘束による有害なひび割れ等の発生を効果的に防止することができる。したがって、前述したコンクリートの収縮低減対策を不要あるいは最小限とすることができ、それら対策に伴うコンクリートの強度低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明に係る製造方法によって製造されたプレキャストＲＣ柱の一実施形態を示すもので、図中符号１がプレキャストＲＣ柱、符号２が梁である。
このプレキャストＲＣ柱１は、コンクリート硬化体１０と、プレテンション方式により予め張力（緊張力）が付与された第１主筋１１、配筋時に無応力状態の第２主筋１２、帯筋（図示省略）等により概略構成されている。
【００１４】
第１主筋１１および第２主筋１２は、プレキャストＲＣ柱１の外周部に沿ってほぼ等間隔に交互に配置され、図１（ｂ）の例では、柱の各角部と、その中間位置に第２主筋１２が、それら第２主筋１２の間に第１主筋１１がそれぞれ配置されている。なお、このプレキャストＲＣ柱１の上端または下端に接合される上下のプレキャストＲＣ柱においては、図１（ｃ）に示すように、第１主筋１１と第２主筋１２の配置が逆となっている。
【００１５】
第１主筋１１は、上記張力が材軸方向に一様になるよう、その両端部に鉄筋貫通型の定着金物１３を有している。この定着金物１３には、既製のナットと定着版を組み合わせたものを使用することもできる。
一方、第２主筋１２は、その両端部に鉄筋継手金物１４を有している。この鉄筋継手金物１４は管状に形成されて、その一方の開口から第２主筋１２を挿入した状態で第２主筋１２と一体化されている。鉄筋継手金物１４の他方の開口からは、隣接するプレキャストＲＣ柱の端面から突出する第１主筋１１の先端部が挿入可能となっており、当該第１主筋１１を挿入した状態で鉄筋継手金物１４の内部にグラウトを注入することにより、当該第１主筋１１が上記第２主筋１２に接合されるようになっている。
【００１６】
第１主筋１１、第２主筋１２とも、使用する鉄筋の強度は、設計条件および設計応力に応じてＳＤ３４５〜６８５を適宜選択することができる。また、本発明で使用するコンクリートの適用範囲は特に規定しないが、従来工法で高強度鉄筋を使用する可能性のあるＦｃ６０〜２００が有効であり、強度増大に伴う自己収縮の影響を勘案すると、その強度が高いほど（例えばＦｃ１５０以上）本発明による効果が大きいと考えられる。
【００１７】
なお、本実施形態では、上記プレキャストＲＣ柱１を、図１（ａ）に示すように、その上下に位置する他のプレキャストＲＣ柱と、地震時応力の少ない各階中間部で接合することによりＲＣ柱を構成している。このため、設計応力如何によっては、第１主筋１１の定着金物１３を省いて当該鉄筋の定着力で応力伝達する構成としたり、或いは第２主筋１２の継手金物１４を一部省略してメタルタッチにより接合することも可能である。
【００１８】
次に、上記構成からなるプレキャストＲＣ柱１の製造方法について説明する。
先ず、図示省略の型枠内に、上述した第１主筋１１および第２主筋１２、帯筋等の鉄筋を配置する。この際に、第１主筋１１が両端から引っ張られて張力が付与された状態、第２主筋１２が無応力状態となるように各々を配置する（第１工程）。
次いで、上記型枠内にコンクリートを打設して（第２工程）、このコンクリートの材齢初期段階で、第１主筋１１を解放して上記張力を解除することにより、コンクリートにプレストレスを導入する（第３工程）。その後、上記型枠を解体することにより（第４工程）、本実施形態のプレキャストＲＣ柱１を得ることができる。
【００１９】
ここで、上記第１主筋１１に付与する張力は、図２（ａ）に示すように、建物竣工時またはその後のクリープ安定時期にほぼ無応力状態となるように調整する。すなわち、プレストレスの導入から建物竣工時またはその後のクリープ安定時期に至るまでの間に、建物重量などによってプレキャストＲＣ柱１が縮み、その縮み量に応じて第１主筋１１の張力が減少することとなるので、その減少分に相当する強さの張力を予め第１主筋１１に付与しておく。
その結果、クリープ安定時期には第１主筋１１をほぼ無応力状態とすることができ、設計想定荷重に対して第１主筋１１を圧縮・引張共有効に抵抗させることができる。例えば、第１主筋１１の強度がＳＤ３９０〜４９０程度であっても、図２（ａ）に示すように、設計想定地震ではこの第１主筋１１の変形を弾性範囲内に抑えることができる。
【００２０】
一方、第２主筋１２に関しては、プレキャストＲＣ柱１に縮みが生じることにより、図２（ｂ）に示すように、建物竣工時またはその後のクリープ安定時期に圧縮応力状態となるため、地震時には早期に圧縮降伏することとなる。このため、地震時には第２主筋１２が弾塑性変形して履歴減衰効果を発揮することによって、その履歴ループ内の面積に相当する地震エネルギーが減衰されることとなる。
【００２１】
なお、上記第３工程において、第１主筋１１によりコンクリートに導入される圧縮応力（プレストレス）は、多くの場合、断面の平均応力で５Ｎ／ｍｍ2以下となるため、例えばＦｃ６０以上のコンクリートを対象とする場合には、コンクリートの強度発現過程の初期段階（材齢１〜３日）で導入可能である。この材齢初期段階でプレストレスを導入することにより、コンクリートの自己収縮に伴う有害なひび割れ等の発生を防止することができ、品質の高い安定したプレキャストＲＣ柱１を製造することができる。
【００２２】
以上のように、本実施形態によれば、プレテンション方式により予め張力が付与された第１主筋１１と、配筋時無応力状態の第２主筋１２（地震時にのみ抵抗する鉄筋）とを混在させるようにしたので、高価なＵＳＤ６８５などの高強度鉄筋を使用しなくても、設計想定荷重に対して第１主筋１１を降伏させることなく、圧縮・引張共有効に抵抗させることができる。よって、プレキャストＲＣ柱１の製造コストを低減することができる。
【００２３】
また、コンクリートの材齢初期段階でプレストレスを導入するようにしたので、使用するコンクリートが、初期強度発現時における自己収縮の大きい超高強度のコンクリートであっても、主筋などの拘束による有害なひび割れ等の発生を効果的に防止することができる。したがって、前述したコンクリートの収縮低減対策を不要あるいは最小限とすることができ、それら対策に伴うコンクリートの強度低下を防止することができる。
【００２４】
さらに、プレキャストＲＣ柱１の接合部を地震時応力の少ない各階中間部に設ける構成として、１つの接合部に必要となる継手金物を、上階柱下端部と下階柱上端部とに分けて配置したので、１箇所の柱端部あたりの継手金物が従来工法（全主筋接合）よりも少なくて済み、その結果、グラウト注入用ホースの設置（配筋との取り合い）が容易となる。
また、本実施形態では、互いに接合されるプレキャストＲＣ柱の一方の第１主筋１１と、他方の第２主筋１２とを同軸上に配置して両主筋１１、１２を互いに接合する方式としたので、一方の第１主筋１１の張力導入時に用いる突出部１１ａ（図１参照）を、他方の第２主筋１２の継手金物１４内に挿入して互いを接合できる。
【００２５】
なお、本実施形態では、第１主筋１１と第２主筋１２を同じ本数としているが、設計上は設計外力に対して柱の設計耐力などを勘案し、適時にその割合を変更するようにしてもよい。両主筋１１、１２の本数が異なる場合には、本発明に係るプレキャストＲＣ柱１を、従来工法によるプレキャストＲＣ柱と組み合わせて部分的に使用することも可能である。
【００２６】
また、本実施形態では、建物竣工時またはその後のクリープ安定時期にほぼ無応力状態となるように、第１主筋１１に付与する張力を調整するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、建物竣工時またはその後のクリープ安定時期に引張応力状態となるように、第１主筋１１に付与する張力を調整することも可能である。この場合、第１主筋１１の引張降伏を促進させることが可能である。
【００２７】
このように、本発明においては、第１主筋１１の張力や両主筋１１、１２の本数割合を設計条件によって調整することにより、より効率的且つ合理的なプレキャストＲＣ柱の設計が可能である。柱の主筋量は、使用する鉄筋の本数だけではなく径によって調整することが断面配筋上有効である。また、地震時に高圧縮・高引張力が作用する建物隅柱などに本発明を適用する場合には、高強度鉄筋（ＳＤ４９０またはＵＳＤ６８５）を芯鉄筋として別途配筋する従来工法と組み合わせて適用することも可能である。
【００２８】
また、本発明に係るプレキャストＲＣ柱１では、その接合部に変形が集中することが懸念されるため、原則として接合部は層中間部に設けることが望ましいが、一般のプレキャスト複合工法のように、建物各層における部材端部で接合を行う場合には、第２主筋１２として高強度鉄筋（ＳＤ４９０またはＵＳＤ６８５）を使用するようにしてもよい。また、本実施形態では、１層１節のプレキャストＲＣ柱１（図１）を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、コンクリートの高強度化に伴い、柱断面を縮小する設計を採用した場合には、部材の軽量化により、図３に示すように、２層１節のプレキャストＲＣ柱とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る製造方法によって製造されたプレキャストＲＣ柱の一実施形態を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図２】図１のプレキャストＲＣ柱の各主筋の応力履歴を模式的に示すもので、（ａ）は第１主筋の応力履歴、（ｂ）は第２主筋の応力履歴である。
【図３】図１のプレキャストＲＣ柱の変形例を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】地震時の柱における曲げモーメントと部材回転角との関係を模式的に示したグラフである。
【図５】超高強度コンクリートを用いた従来のＲＣ柱の高強度主筋（ＵＳＤ６８５）の応力履歴を模式的に示したグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１    プレキャストＲＣ柱
１１  第１主筋
１２  第２主筋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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